復(fù)合集流體 圖片來(lái)源：三孚新科
“復(fù)合集流體替代傳統(tǒng)的集流體可以本質(zhì)上提升電池的能量密度，可以從本征上提高電池的高安全性并抑制熱失控，理論上可以降低電池的成本。”11月28日，在“三孚新科（688359）&訊隆益聯(lián)3D復(fù)合集流體（Cu）新品發(fā)布會(huì)”上，伊維經(jīng)濟(jì)研究院研究部總經(jīng)理/中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)吳輝發(fā)表主題演講時(shí)提到，盡管存在諸多優(yōu)勢(shì)，但是復(fù)合集流體目前仍存在的問(wèn)題需要解決，僅有少數(shù)企業(yè)能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
伊維經(jīng)濟(jì)研究院研究部總經(jīng)理/中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)吳輝
01 復(fù)合集流體三大優(yōu)勢(shì)
一是可以從本質(zhì)上提升電池的能量密度。
吳輝介紹，鋰電池向高能量密度發(fā)展是必然趨勢(shì)：動(dòng)力電池單體形成高比能及高性?xún)r(jià)比兩條技術(shù)路線，液態(tài)電池逐漸向固液混合電池、全固態(tài)電池升級(jí)。全固態(tài)電池的量產(chǎn)應(yīng)用還需重點(diǎn)突破材料層面的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和產(chǎn)業(yè)層面的高效生產(chǎn)工藝/低成本化，預(yù)計(jì)2030年前后將可能實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn)，2040年將量產(chǎn)700wh/kg的電池。
提升電池能量密度，集流體減重是措施之一。
復(fù)合銅箔減重方面，作為基材的PET/PP/PI等高分子材料的密度遠(yuǎn)低于金屬銅，其中，PET密度為1.37-1.40g/cm3，PP密度為0.89-0.91g/cm3，PI密度為1.38-1.43g/cm3，而銅的密度8.96g/cm3。PET、PI密度約為銅密度的1/7，PP密度為銅的1/10。由此可見(jiàn)，即使復(fù)合銅箔的整體厚度與傳統(tǒng)銅箔相當(dāng)甚至高出一些，也能顯著降低集流體重量。
復(fù)合鋁箔減重方面，復(fù)合鋁箔等體積質(zhì)量相比傳統(tǒng)鋁箔有較大幅度降低，復(fù)合鋁箔減重減薄特性可帶來(lái)電池能量密度的提升。
二是可以從本征上提高電池的高安全性并抑制熱失控。
《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》（GB38031-2025）這一新國(guó)標(biāo)要求電池系統(tǒng)在觸發(fā)單體熱失控后，需在至少2小時(shí)的觀察期內(nèi)保持無(wú)起火、無(wú)爆炸，且所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度不超過(guò)60℃。而舊標(biāo)準(zhǔn)僅要求5分鐘內(nèi)不起火。要求電池在完成300次快充循環(huán)后仍能通過(guò)外部短路測(cè)試，直接應(yīng)對(duì)當(dāng)前快充技術(shù)普及帶來(lái)的安全隱患。
吳輝介紹，復(fù)合集流體可以抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，在穿刺時(shí)產(chǎn)生的毛刺尺寸小，可以有效避免內(nèi)短路。復(fù)合集流體中的高分子柔性基材具有良好的柔軟性與延展性，可以吸收部分應(yīng)力，不容易斷裂；同時(shí)可以在金屬鋰的沉積過(guò)程中將產(chǎn)生的壓應(yīng)力釋放，從而有效控制枝晶產(chǎn)生，防止穿刺導(dǎo)致內(nèi)短路。
復(fù)合集流體的受熱短路效應(yīng)可以控制電池?zé)崾Э亍?fù)合集流體中間的高分子基材具有阻燃特性，其金屬導(dǎo)電層較薄，短路時(shí)會(huì)如保險(xiǎn)絲般熔斷，在熱失控前快速融化，電池?fù)p壞僅局限于刺穿位點(diǎn)形成“點(diǎn)斷路”。
三是理論上可以降低電池的成本。
吳輝分析稱(chēng)，相較于傳統(tǒng)銅箔，復(fù)合銅箔原材料成本擁有明顯優(yōu)勢(shì)：對(duì)比4.5+1+1結(jié)構(gòu)的6μm復(fù)合銅箔和4-8μm的傳統(tǒng)銅箔原材料成本。4μm、4.5μm、6μm、8μm的鋰電銅箔原材料成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于復(fù)合銅箔，僅有復(fù)合銅箔良率小于70%，且銅價(jià)不超過(guò)75,000元/噸時(shí)，傳統(tǒng)6μm銅箔才具備經(jīng)濟(jì)性，如對(duì)比4.5μm銅箔，則復(fù)合銅箔良率為80%以上或銅價(jià)為85,000元/噸以上時(shí)才具備經(jīng)濟(jì)性。
復(fù)合鋁箔與復(fù)合材料價(jià)格相差較小，因此復(fù)合銅箔能有效應(yīng)對(duì)下游降本需求，而復(fù)合鋁箔在成本方面優(yōu)勢(shì)并沒(méi)有如此顯著。
02 復(fù)合集流體四大難點(diǎn)
一是工藝難度問(wèn)題。
吳輝介紹，目前復(fù)合集流體制備工藝中仍存在幾大難點(diǎn)問(wèn)題，在磁控濺射環(huán)節(jié)主要有中間層基膜較薄，收卷時(shí)容易起皺變形，當(dāng)設(shè)備幅寬較寬時(shí)容易將材料拉扯變形，并且在鍍膜時(shí)，溫度較高，需要注重散熱，因此在磁控濺射鍍膜時(shí)會(huì)出現(xiàn)：
①箔材穿孔問(wèn)題，主要是由于濺射銅種子層的過(guò)程中，高溫的金屬熔融物飛濺熔穿箔材，形成穿孔；其次因常規(guī)磁控濺射一般為原子沉積，銅種子層致密度差，也增加了后續(xù)電鍍加厚環(huán)節(jié)中的針孔出現(xiàn)率。
②銅膜結(jié)合力差。常規(guī)磁控濺射技術(shù)的粒子密度低，無(wú)法對(duì)PET/PP聚合物基體表面進(jìn)行有效活化，導(dǎo)致銅膜與聚合物基體的結(jié)合力差，增加電池安全風(fēng)險(xiǎn)。
同時(shí)，金屬材料與高分子材料的界面結(jié)合也是復(fù)合材料制備加工的難點(diǎn)。當(dāng)前行業(yè)常用的復(fù)合集流體焊接方式為超聲焊接，但超聲波能量有限，傳統(tǒng)工藝難以將由數(shù)十層的復(fù)合集流體做成的電芯極耳焊接在一起，易導(dǎo)致焊接不牢固；同時(shí)復(fù)合集流體表面的金屬層較薄，易導(dǎo)致焊接結(jié)合力差，進(jìn)而容易引起復(fù)合集流體外接金屬極耳的虛焊現(xiàn)象，增大電池的內(nèi)阻，后續(xù)電池充放電過(guò)程中溫度易升高。
二是成本問(wèn)題。
吳輝分享的數(shù)據(jù)顯示，從復(fù)合銅集流體MC成本來(lái)看，以6μm銅箔為例，假設(shè)目前銅價(jià)為6.8萬(wàn)元/噸，PP基膜的價(jià)格為0.7萬(wàn)元/噸，僅考慮原材料成本，計(jì)算的1GWh的鋰電池中傳統(tǒng)鋰電銅箔的原材料成本為4386.8萬(wàn)元，復(fù)合銅集流體MC的原材料成本為1492.8萬(wàn)元，原材料成本下降約65%。但是現(xiàn)階段受限于設(shè)備壁壘、產(chǎn)能利用率、良率等問(wèn)題，現(xiàn)階段總成本與鋰電銅箔總成本相差無(wú)幾，總成本優(yōu)勢(shì)還未體現(xiàn)。
從復(fù)合鋁集流體MA成本來(lái)看，鋁原材料在傳統(tǒng)鋁箔的生產(chǎn)成本中占比接近90%，中間替換PET材料后，復(fù)合鋁集流體MA的原材料成本將有效降低，但是由于鋁錠價(jià)格明顯低于銅價(jià)格，因此復(fù)合鋁集流體MA材料成本下降效應(yīng)較復(fù)合銅集流體MC來(lái)看不明顯，疊加復(fù)合鋁集流體MA生產(chǎn)設(shè)備為真空蒸鍍?cè)O(shè)備，較傳統(tǒng)的鋁箔壓延工藝在設(shè)備上成本大幅增加，在考慮設(shè)備成本后，難以實(shí)現(xiàn)降本效應(yīng)。復(fù)合鋁集流體MA采用一步法真空蒸鍍加厚，目前價(jià)格遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電池鋁箔（7-10倍），后期隨著工藝的優(yōu)化復(fù)合鋁集流體MA成本會(huì)逐步下降，但成本仍然會(huì)是傳統(tǒng)鋁箔的兩倍以上，但與其他提高安全性能的材料相比，復(fù)合鋁集流體MA的成本仍具有成本優(yōu)勢(shì)。
三是生產(chǎn)效率及良品率問(wèn)題。
受常規(guī)磁控濺射技術(shù)節(jié)拍限制，銅金屬沉積速度20～30nm/min，厚銅箔沉積時(shí)間長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷生產(chǎn)導(dǎo)致生產(chǎn)線效率較低。目前復(fù)合銅集流體MC材料幅寬一般達(dá)到1.5米左右，幅寬越寬，材料張力控制越難。復(fù)合銅集流體MC基膜需要在電鍍槽液體中持續(xù)穿行幾十米的距離，傳輸過(guò)程中若傳動(dòng)輪速不均勻，張力控制不當(dāng)，更薄更寬的材料很容易出現(xiàn)膜拉伸變形現(xiàn)象。此外，更薄的膜會(huì)更容易出現(xiàn)因發(fā)熱熔穿和電擊穿等穿孔現(xiàn)象。另外，由于不同客戶對(duì)產(chǎn)品的尺寸要求不同，產(chǎn)品在下線時(shí)會(huì)有部分廢料的產(chǎn)生，其次在質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中會(huì)淘汰部分不合格產(chǎn)品，導(dǎo)致產(chǎn)品的良品率在80%左右。
四是對(duì)電池性能的負(fù)面影響。
復(fù)合集流體目前還存在阻值高、產(chǎn)熱高，電池內(nèi)部導(dǎo)熱受阻、影響電池倍率等性能。
03復(fù)合集流體帶動(dòng)設(shè)備和材料迎變
設(shè)備端
吳輝分析稱(chēng)從復(fù)合集流體的生產(chǎn)工藝來(lái)看，復(fù)合集流體的制造過(guò)程主要是在高分子材料層上鍍上一層薄薄的金屬層，復(fù)合集流體生產(chǎn)底層技術(shù)磁控濺射、真空蒸鍍、化學(xué)沉銅、水電鍍等在 PCB 制造、五金鍍膜等領(lǐng)域均有成熟應(yīng)用，目前的生產(chǎn)工藝為其中一種或幾種技術(shù)的組合，根據(jù)使用技術(shù)的數(shù)量可以分為一步、兩步、三步法。
其中，磁控濺射是利用磁場(chǎng)約束電子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行濺射，使靶材原子沉積到基材表面形成鍍膜。目前，國(guó)內(nèi)磁控濺射由于起步較晚，相對(duì)國(guó)外設(shè)備廠商在技術(shù)積累方面仍然不足，但行業(yè)發(fā)展迅速，國(guó)產(chǎn)替代加速。目前外資企業(yè)在磁控濺射設(shè)備方面占據(jù)主導(dǎo)地位，海外企業(yè)主要有美國(guó)應(yīng)材、日本發(fā)那科、德國(guó)萊寶等，國(guó)內(nèi)磁控濺射設(shè)備企業(yè)有騰勝科技、匯成真空、漢嵙新材等，東威科技和道森股份等企業(yè)也在積極研發(fā)并推出磁控濺射設(shè)備。
真空蒸鍍是利用真空蒸鍍裝置加熱膜材，使膜材粒子凝結(jié)并沉積形成固態(tài)薄膜。復(fù)合鋁箔及復(fù)合銅箔三步法中所要使用的真空蒸鍍?cè)O(shè)備，仍主要依賴(lài)進(jìn)口日本發(fā)那科的設(shè)備，價(jià)格較昂貴。國(guó)內(nèi)目前僅有重慶金美提到過(guò)三步法的可行性，其子公司四川海格銳特主要研發(fā)真空磁控濺射和真空蒸鍍?cè)O(shè)備，以及道森股份（洪田科技）在研的磁控濺射+蒸鍍一體機(jī)。
復(fù)合銅箔的水電鍍是指利用電流電解作用，通過(guò)氧化還原反應(yīng)在基材表面形成銅鍍層的過(guò)程。國(guó)外的水電鍍?cè)O(shè)備技術(shù)領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)的設(shè)備具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)行中。國(guó)外較早開(kāi)始進(jìn)行水鍍?cè)O(shè)備的生產(chǎn)，在水鍍配方優(yōu)化方案、連續(xù)性自動(dòng)化進(jìn)料、產(chǎn)品均一性等技術(shù)指標(biāo)上具有優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)水電鍍?cè)O(shè)備具有制造成本優(yōu)勢(shì)，在設(shè)備采購(gòu)價(jià)格方面具有競(jìng)爭(zhēng)力，隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，國(guó)產(chǎn)替代持續(xù)進(jìn)行中。目前，全球主要水電鍍?cè)O(shè)備企業(yè)有安美特、臺(tái)灣競(jìng)銘、東莞宇宙、深圳寶龍、東威科技、三孚新科等等。
焊接設(shè)備方面，復(fù)合集流體中高分子結(jié)構(gòu)層具有絕緣性，導(dǎo)致兩側(cè)金屬鍍層無(wú)法導(dǎo)通電流，因此需要滾焊。為解決以上問(wèn)題，設(shè)備端需采用極耳轉(zhuǎn)印焊工藝，將兩層導(dǎo)電金屬箔材與復(fù)合集流體進(jìn)行上下包邊焊接，以實(shí)現(xiàn)電流輸送。當(dāng)前主流的極耳焊接均無(wú)法適用，例如超聲焊接無(wú)法解決箔材兩側(cè)金屬鍍層不通電問(wèn)題，導(dǎo)電性能較差；激光焊接則溫度過(guò)高，容易產(chǎn)生箔材收縮變形。 復(fù)合集流體材料焊接是在高分子材料表面鍍上金屬后進(jìn)行焊接，高分子材料和金屬材料熔點(diǎn)差異巨大，采用激光焊接在當(dāng)下沒(méi)有工藝可行性。目前全球主要布局復(fù)合銅箔超聲波滾焊設(shè)備企業(yè)有驕成超聲、新棟力、蘇州達(dá)牛、先導(dǎo)智能、必能信等。
材料端
基膜方面，行業(yè)內(nèi)存在PP/PET/PI之爭(zhēng)，三種基材各有優(yōu)勢(shì)，且應(yīng)用場(chǎng)景不同，由于PI基膜成本較高，未來(lái)或出現(xiàn)PP/PET二者并存于市場(chǎng)的格局。兩種產(chǎn)品近年迭代均有加速——PET基膜產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度較快，目前為行業(yè)內(nèi)主流路線。國(guó)內(nèi)主要PET生產(chǎn)廠商雙星新材、康輝新材等均具備量產(chǎn)能力，萬(wàn)順新材、雙星新材已獲得PET復(fù)合銅箔訂單。PP基膜進(jìn)展較之前有較大突破，處于送樣測(cè)試過(guò)程中。寶明科技突破PP銅箔技術(shù)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；萬(wàn)順新材和勝利精密緊跟其后，持續(xù)推進(jìn)，其進(jìn)展情況為制造工藝端的焦點(diǎn)。
靶材方面，國(guó)產(chǎn)市占率不斷提高，阿石創(chuàng)等企業(yè)領(lǐng)跑。全球市場(chǎng)先前為日、美企業(yè)所壟斷，產(chǎn)業(yè)集中度較高，國(guó)內(nèi)企業(yè)市占率較低。“近年來(lái)，國(guó)內(nèi)廠商紛紛入局，快速發(fā)展，不斷突破關(guān)鍵技術(shù)壁壘，并擴(kuò)大產(chǎn)能，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加速，可供應(yīng)復(fù)合集流體銅靶材的國(guó)產(chǎn)龍頭制造商主要為阿石創(chuàng)、江豐電子和有研新材。”吳輝介紹。
電鍍化學(xué)品方面，光華科技主要供應(yīng)水電鍍環(huán)節(jié)，三孚新科主要供應(yīng)化學(xué)鍍環(huán)節(jié)。光華科技主要為PVD工藝的水電鍍環(huán)節(jié)供應(yīng)電鍍液，其為PET復(fù)合銅箔領(lǐng)域?yàn)閿?shù)不多可提供全套化學(xué)品解決方案的供應(yīng)商，產(chǎn)品包括硫酸銅溶液、氧化銅等。
三孚新科主要布局化學(xué)銅鍍液，配合復(fù)合銅箔專(zhuān)用化學(xué)品開(kāi)展一步式全濕法復(fù)合銅箔電鍍?cè)O(shè)備業(yè)務(wù)，提供專(zhuān)用配套的生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)“藥水+設(shè)備”的方式為下游客戶提供復(fù)合銅箔制造的一站式技術(shù)解決方案，公司同時(shí)也供應(yīng)銅電鍍的電鍍添加劑。
“復(fù)合集流體的商業(yè)化仍處于導(dǎo)入驗(yàn)證階段，復(fù)合集流體參與企業(yè)逐步增加，整個(gè)行業(yè)處于驗(yàn)證小批量試產(chǎn)階段。”吳輝總結(jié)道，動(dòng)力電池方面，一些領(lǐng)先企業(yè)的高端車(chē)型率先嘗試復(fù)合集流體作為集流體材料。2023年4月，吉利極氪推出的009車(chē)型所搭載的寧德時(shí)代麒麟電池中已使用了復(fù)合鋁箔集流體；同年6月發(fā)布的極氪001長(zhǎng)續(xù)航版也采用了復(fù)合鋁箔。國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池龍頭寧德時(shí)代早在2017年就開(kāi)始布局該技術(shù)，其供應(yīng)商深圳金美新材料的鋁復(fù)合集流體產(chǎn)品曾于2018年裝載在法國(guó)標(biāo)致的電動(dòng)車(chē)上約3萬(wàn)輛，驗(yàn)證了技術(shù)可行性。2023年末，賽力斯與華為合作的問(wèn)界M9車(chē)型也應(yīng)用了復(fù)合鋁箔集流體。此外，廣汽埃安于2023年3月發(fā)布了彈匣電池2.0，宣稱(chēng)采用復(fù)合集流體材料并通過(guò)了軍標(biāo)級(jí)別的槍擊安全測(cè)試，計(jì)劃率先搭載于埃安旗下高端跑車(chē)品牌昊鉑系列。以上項(xiàng)目標(biāo)志著復(fù)合集流體已從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵻?chē)裝機(jī)驗(yàn)證階段，特別是在高端新能源汽車(chē)上實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模上車(chē)應(yīng)用。
消費(fèi)電子方面，復(fù)合集流體的商業(yè)化亦在嘗試起步。早在2021年，手機(jī)廠商O(píng)PPO推出“三明治”結(jié)構(gòu)的安全電池方案，利用復(fù)合集流體取代傳統(tǒng)鋁箔集流體，在容量衰減方面表現(xiàn)出色——循環(huán)1500次后電池仍能保持80%的初始容量。這表明在3C電池中引入復(fù)合集流體有望提升能量密度和循環(huán)壽命。目前多家復(fù)合集流體材料廠商已向筆記本、電動(dòng)工具等消費(fèi)電池領(lǐng)域客戶送樣測(cè)試。
此外，近年來(lái)，安邁特、納力科技、金美新材、可川科技、元琛科技、璞泰來(lái)、寶明科技、諾德股份、萬(wàn)順新材、雙星新材、英聯(lián)股份等公司均在復(fù)合集流體領(lǐng)域有所布局。
今年11月，在第12屆中國(guó)（蘇州）電池新能源產(chǎn)業(yè)國(guó)際高峰論壇上，諾德股份總經(jīng)理陳郁弼也提到，從負(fù)極集流體銅箔行業(yè)看，從2023年第四季度到去年整個(gè)行業(yè)幾乎處于虧損狀態(tài)，到今年行業(yè)開(kāi)始復(fù)蘇，而到目前整個(gè)鋰電銅箔行業(yè)處于爆單狀態(tài)。未來(lái)幾年，銅箔技術(shù)迭代方面將會(huì)有很多驚喜的地方，行業(yè)有望迎來(lái)發(fā)展的春天。
電池網(wǎng)微信
